一种提高使用弯头加工空间孔位置精度的方法
【专利摘要】一种提高使用弯头加工空间孔位置精度的方法，直接应用于立式五轴镗铣加工中心使用弯头进行精密孔加工工艺，所述提高使用弯头加工空间孔位置精度的方法步骤如下：①通过试验分析五轴镗铣加工中心使用弯头钻镗孔精度偏差的性质，确定弯头长度L1，弯头宽度L2，主轴端面至旋转中心的距离GAGE以及刀具长度TOOL_L；本发明所述镗铣加工中心弯头加工精度补偿工方法专利技术能够解决航空发动机机匣等构件端面及径向孔加工偏置问题。通过坐标变换、误差补偿技术提高精密孔加工精度，提高加工质量，避免零件超差、报废带来的经济损失。
【专利说明】一种提高使用弯头加工空间孔位置精度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及适用于航空发动机环形机匣等类似结构零件加工领域，特别提供了一 种提高使用弯头加工空间孔位置精度的方法。
【背景技术】
[0002] 随着航空制造技术的发展，飞机发动机机匣等构件精度越来越高、结构越来越复 杂。复杂、高精度机匣件安装边以及内外型腔径向孔位置度要求达到00. 03mm之内，并且 需要使用弯头，刀具才能达到加工部位。因弯头与机床主轴偏转点存在安装偏差，刀具偏转 时将产生位置误差，影响精密孔的加工精度，无法满足航空发动机机匣等构件精密孔加工 的要求。
[0003] 人们迫切希望获得一种技术效果优良的提高使用弯头加工空间孔位置精度的方 法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种技术效果优良的提高使用弯头加工空间孔位置精度的 方法，直接应用于立式五轴镗铣加工中心使用弯头进行精密孔加工工艺，通过数学公式，进 行坐标变换，补偿因弯头偏差造成的精密孔加工位置误差，达到提高加工精度的目的，
[0005] 所述提高使用弯头加工空间孔位置精度的方法，步骤如下：
[0006] ①通过试验分析五轴镗铣加工中心使用弯头钻镗孔精度偏差的性质，确定弯头长 度L1，弯头宽度L2,主轴端面至旋转中心的距离GAGE以及刀具长度T00L_L，将L1、L2、GAGE 和T00L_L值输入到机床刀具及参数表中；
[0007] ②根据五轴镗铣加工中心弯头钻镗孔偏差分析结果，检测机床主轴与直线轴、旋 转轴及弯头的安装偏差值；通过在机床上打表的方法确定旋转中心X向偏差Λ X，旋转中心 Y向偏差Λ Υ，旋转中心Z向偏差Λ Z，B轴旋转角度Λ B，C轴旋转角度AC;
[0008] ③按机床检测数据，建立五轴镗铣加工中心仿真模型；
[0009] ④建立机床加工坐标系变换数学公式：
[0010] 通过弯头运动分析，弯头绕B轴旋转中心运动产生的位置偏差在X向、Z向，弯头 绕C轴旋转中心运动产生的位置偏差在X向、Y向，X向的偏差值是B轴和C轴偏差值的叠 力口，要保证B轴和C轴旋转后的坐标值仍然正确，需要进行补偿，B轴和C轴旋转后X向、Y 向、Z向的补偿公式如下：
[0011] X坐标值补偿公式：
[0012] X 补偿值=2* Λ X-SQRT ( Λ X* Λ X+ Λ Υ* Λ Y) *C0S (ATAN ( Λ Y/ Λ X) - Λ C)-
[0013] SQRT( Δ X* Δ X+ Δ Ζ* Δ Ζ)*C0S(ΑΤΑΝ( Δ Z/ Δ X)- Δ Β)
[0014] Y坐标值补偿公式：
[0015] Y 补偿值=Λ Y-SQRT( Λ X* Λ X+ Λ Υ* Λ Y)*SIN(ATAN( Λ Y/ Λ X)- Λ C)
[0016] Z坐标值补偿公式：
[0017] Z 补偿值=Λ Z-SQRT ( Λ X* Λ X+ Λ Ζ* Λ Z) *SIN (ATAN ( Λ Z/ Λ X) - Λ B)
[0018] ⑤进行仿真验证及现场加工测试；
[0019] ⑥设置后置处理格式。
[0020] 所述提高使用弯头加工空间孔位置精度的方法，选择机匣试验件，编制弯头加工 数控程序，进行试验件的数控加工。完成试验件加工后，送三坐标测量机进行孔位置的的检 测，分析孔位置偏差值及方向。进行镗铣加工中心机床精度检测，通过打表方法，检查出机 床主轴与直线轴、旋转轴及弯头的安装偏差值及偏差方向。根据机床精度打表检查结果数 据，建立机床仿真模型，使仿真加工环境配置与实际机床状态一致。
[0021] 编制弯头钻孔试验程序，在机床仿真加工系统中进行仿真加工验证，分析精密孔 加工系统偏差产生原因，根据孔加工误差产生原因，建立数学模型，推导出坐标补偿公式。 根据误差补偿公式，设置后置处理格式，编制数控加工程序，进行现场加工试验，按照调整 补偿精度，确定合理的误差补偿公式。
[0022] 本发明所述镗铣加工中心弯头加工精度补偿工方法专利技术能够解决航空发动 机机匣等构件端面及径向孔加工偏置问题。通过坐标变换、误差补偿技术提高精密孔加工 精度，提高加工质量，避免零件超差、报废带来的经济损失。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
[0024] 图1为弯头加工立体示意图；
[0025] 图2为弯头加工示意图；
[0026] 图3为弯头安装偏心示意图；
[0027] 图4为图3中A弯头安装偏心示意图。
【具体实施方式】
[0028] 实施例1
[0029] 所述提高使用弯头加工空间孔位置精度的方法，步骤如下：
[0030] ①通过试验分析五轴镗铣加工中心使用弯头钻镗孔精度偏差的性质，确定弯头长 度L1，弯头宽度L2,主轴端面至旋转中心的距离GAGE以及刀具长度T00L_L，将L1、L2、GAGE 和T00L_L值输入到机床刀具及参数表中；
[0031] ②根据五轴镗铣加工中心弯头钻镗孔偏差分析结果，检测机床主轴与直线轴、旋 转轴及弯头的安装偏差值；通过在机床上打表的方法确定旋转中心X向偏差Λ X，旋转中心 Y向偏差Λ Υ，旋转中心Z向偏差Λ Z，B轴旋转角度Λ B，C轴旋转角度AC;
[0032] ③按机床检测数据，建立五轴镗铣加工中心仿真模型；
[0033] ④建立机床加工坐标系变换数学公式：
[0034] 通过弯头运动分析，弯头绕B轴旋转中心运动产生的位置偏差在X向、Z向，弯头 绕C轴旋转中心运动产生的位置偏差在X向、Y向，X向的偏差值是B轴和C轴偏差值的叠 力口，要保证B轴和C轴旋转后的坐标值仍然正确，需要进行补偿，B轴和C轴旋转后X向、Y 向、Z向的补偿公式如下：
[0035] X坐标值补偿公式：
[0036] X 补偿值=2* Λ X-SQRT ( Λ X* Λ X+ Λ Υ* Λ Y) *C0S (ATAN ( Λ Y/ Λ X) - Λ C)-
[0037] SQRT( Δ X* Δ X+ Δ Ζ* Δ Ζ)*C0S(ΑΤΑΝ( Δ Z/ Δ X)- Δ Β)
[0038] Y坐标值补偿公式：
[0039] Y 补偿值=Λ Y-SQRT( Λ X* Λ X+ Λ Υ* Λ Y)*SIN(ATAN( Λ Y/ Λ X)- Λ C)
[0040] Z坐标值补偿公式：
[0041] Z 补偿值=Λ Z-SQRT ( Λ X* Λ X+ Λ Ζ* Λ Ζ) *SIN (ATAN ( Λ Z/ Λ X) - Λ Β)
[0042] ⑤进行仿真验证及现场加工测试；
[0043] ⑥设置后置处理格式。
[0044] 所述提高使用弯头加工空间孔位置精度的方法，选择机匣试验件，编制弯头加工 数控程序，进行试验件的数控加工。完成试验件加工后，送三坐标测量机进行孔位置的的检 测，分析孔位置偏差值及方向。进行镗铣加工中心机床精度检测，通过打表方法，检查出机 床主轴与直线轴、旋转轴及弯头的安装偏差值及偏差方向。根据机床精度打表检查结果数 据，建立机床仿真模型，使仿真加工环境配置与实际机床状态一致。
[0045] 编制弯头钻孔试验程序，在机床仿真加工系统中进行仿真加工验证，分析精密孔 加工系统偏差产生原因，根据孔加工误差产生原因，建立数学模型，推导出坐标补偿公式。 根据误差补偿公式，设置后置处理格式，编制数控加工程序，进行现场加工试验，按照调整 补偿精度，确定合理的误差补偿公式。
[0046] 本实施例所述镗铣加工中心弯头加工精度补偿工方法专利技术能够解决航空发 动机机匣等构件端面及径向孔加工偏置问题。通过坐标变换、误差补偿技术提高精密孔加 工精度，提高加工质量，避免零件超差、报废带来的经济损失。
[0047] 实施例2
[0048] 所述机匣为环形机匣，最大外廓直径为2m，采用五轴数控机床加工该零件端面 24处均布孔，孔位置度要求为0〇. ，由于五轴数控机床行程所限，采用直角弯头加工端 面24处均布孔，但是由于弯头的安装偏差较大，弯头旋转90°产生的位置误差影响加工 精度，无法满足加工要求，通过机床打表检测，该五坐标加工中心弯头安装误差为Λ X = 0. 18mm，Λ Y = 0. 2mm 1，Λ Z = 0. 1mm，采用误差补偿公示计算得出加工孔位置坐标的补偿 值分别为X = 〇. 08, Y = 0. 03, Z = 0. 28,仿真验证后通过后置处理或手动添加到数控程序 实现误差补偿。
【权利要求】
1. 一种提高使用弯头加工空间孔位置精度的方法，其特征在于：所述提高使用弯头加 工空间孔位置精度的方法步骤如下： ① 通过试验分析五轴错就加工中也使用弯头钻错孔精度偏差的性质，确定弯头长度 L1，弯头宽度L2,主轴端面至旋转中也的距离GAGE W及刀具长度TOOL_U将L1、L2、GAGE和 TOOL_L值输入到机床刀具及参数表中； ② 根据五轴错就加工中也弯头钻错孔偏差分析结果，检测机床主轴与直线轴、旋转轴 及弯头的安装偏差值；通过在机床上打表的方法确定旋转中也X向偏差A X，旋转中也Y向 偏差A Y，旋转中也Z向偏差A Z，B轴旋转角度A B，C轴旋转角度A C ; ③ 按机床检测数据，建立五轴错就加工中也仿真模型； ④ 建立机床加工坐标系变换数学公式： 通过弯头运动分析，弯头绕B轴旋转中也运动产生的位置偏差在X向、Z向，弯头绕C轴 旋转中也运动产生的位置偏差在X向、Y向，X向的偏差值是B轴和C轴偏差值的叠加，要保 证B轴和C轴旋转后的坐标值仍然正确，需要进行补偿，B轴和C轴旋转后X向、Y向、Z向 的补偿公式如下： X坐标值补偿公式： X 补偿值=2* A X-SQRT ( A 料 A X+ A Y* A Y) *COS (ATAN ( A Y/ A 幻-A C)- SQRT( A 料 A X+ A Z* A 幻*COS(ATAN( A Z/ A 幻-A B) Y坐标值补偿公式： Y 补偿值=A Y-SQRT ( A X* A X+ A Y* A Y)巧IN (ATAN ( A Y/ A 幻-A C) Z坐标值补偿公式： Z补偿值 = AZ-SQRT(AX*AX+AZ*A幻巧IN(ATAN(AZ/A幻-AB) ⑥进行仿真验证及现场加工测试； ⑧设置后置处理格式。
【文档编号】G05B19/404GK104460517SQ201410571086
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】赵明, 石竖鲲, 唐秀梅, 刘德生, 王欣 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司